전자기 추진

Electromagnetic propulsion

전자기 추진(EMP)은 흐르는 전류와 자기장의 활용에 의해 물체를 가속하는 원리다. 전류를 사용하여 반대되는 자기장을 만들거나 또는 전하를 충전하는데 사용되며, 전류를 방출할 수 있다. 전류가 자기장의 도체를 통해 흐를 때 로렌츠 힘이라고 알려진 전자기력은 도체와 자기장에 수직인 방향으로 도체를 밀어낸다. 이 억제력은 그 현상을 이용하도록 설계된 시스템에서 추진력을 유발하는 것이다. 전자기 추진(EMP)이라는 용어는 전자기 - 자기장을 만들기 위해 전기를 사용하는 것, 그리고 추진 - 무언가를 추진하기 위한 과정 등 각각의 구성 요소로 설명할 수 있다. 유체(액체 또는 가스)를 이동 도체로 사용할 경우 추진력을 자석유체역동적 구동이라고 할 수 있다. 전기 모터에 의해 달성되는 EMP와 추진력의 한 가지 중요한 차이점은 비록 자기장과 흐르는 전류를 모두 사용하지만 EMP에 사용되는 전기 에너지가 운동을 위한 회전 에너지를 생산하는데 사용되지 않는다는 것이다.

전자기 추진의 과학은 한 개인과의 기원이 없으며 여러 분야에 응용이 있다. 추진력을 위해 자석을 사용한다는 생각은 오늘날까지 계속되고 있으며 적어도 1897년 존 먼로가 자신의 소설 "금성 여행"[1]을 출간한 이후부터 꿈꿔왔다. 현재 신청서는 자기부상열차와 군용철도총에서 볼 수 있다. 널리 사용되지 않거나 아직 개발 중인 다른 애플리케이션으로는 저궤도 위성을 위한 이온 추진기와 선박과 잠수함을 위한 자기유체역학 구동 등이 있다.

역사

전자파 추진에 관한 최초의 기록적인 발견 중 하나는 1889년 엘리후 톰슨 교수가 전자파와 교류에 관한 그의 연구를 공개했을 때였다.[2][3] 몇 년 후 에밀 바첼렛은 1890년대 초에 그가 선보였던 현대식 철도의 레일 위 공중에 떠 있는 금속 마차에 대한 아이디어를 제안했다.[2][3] 1960년대에 Eric Roberts Laithwaite는 선형 유도 모터를 개발하였는데, 이 모터는 이러한 원리에 기초하여 구축되었으며 전자파 추진의 최초의 실용적 응용을 도입하였다.[4] 1966년 제임스 R. 파웰과 고든 댄비는 초전도 마글레브 운송 시스템에 특허를 냈고, 이 기술자들이 세계 최초로 고속철도를 만들기 위해 질주했다.[4][5] 1984년부터 1995년까지 버밍엄에서 최초의 상용 자동화 마글레브 시스템이 운영되었다.[citation needed] 버밍엄 국제공항에서 버밍엄 국제철도시스템까지 운행한 것은 저속 마글레브 셔틀이었다.[citation needed] 1960년 초 러시아 노보시비르스크의 하이드로나믹스 연구소에서 구소련에서 교수로 재직하고 있다. V.F.민인은 극초음속까지 신체의 전자기 가속의 실험기반을 설정했다.[6][conflicted source]

사용하다

기차

2005년 11월 일본 야마나시 시험 트랙의 SCMaglev.

전자파 추진은 장거리에서 마찰을 최소화하고 속도를 극대화하기 위해 운송 시스템에 활용된다. 이는 주로 선형 유도 모터를 사용하여 자기 전류를 통해 열차를 구동하는 고속 철도 시스템에서 구현되었다. 테마파크에서도 활용돼 고속 롤러코스터와 수상 놀이기구를 만들었다.

마글레프

주요기사 : Maglev (운송)

자기부상열차에서 1차 코일 어셈블리는 반응판 아래에 있다.[7] 그 사이에는 1–10cm(0.39-3.93인치)의 공극이 있어 마찰이 없어 최대 500km/h(310mph)의 속도를 낼 수 있다.[7] 코일에 교류 전류가 공급되어 자기장의 극성에 변화를 일으킨다.[8] 이것은 전선에서 열차를 앞으로 끌고, 후방에서 열차를 앞으로 밀어낸다.[9]

전형적인 Maglev 열차는 승객 마일당 3센트, 또는 톤당 7센트(건설비용 포함)이다.[10] 이것은 비행기로 여행하는 경우 승객 마일당 15센트, 시외 트럭으로 여행하는 경우 톤 마일 당 30센트와 비교된다.[10] 마글레브 트랙은 마찰이 적고 무게의 균일한 분포로 인해 수명이 길다.[8] 대부분 최소 50년간 지속되며 이 기간 동안 유지관리가 거의 필요하지 않다.[11] 마글레브 열차는 석유가 필요 없이 석탄, 원자력, 수력, 핵융합, 풍력 또는 태양열로 생산할 수 있는 전기로 운행되기 때문에 에너지 효율을 위해 추진된다.[4] 평균적으로 대부분의 기차는 483km/h(300mph)를 주행하며 승객 마일당 0.4 메가줄(megajoul)을 사용한다.[10] 1.8명이 탑승한 20mi/gallon 자동차를 비교했을 때, 자동차 여행은 일반적으로 97km/h(60mph)이며, 승객 마일당 4 메가줄(mega joul)을 사용한다.[10] 이산화탄소 배출은 전기 생산과 연료 사용 방법에 기초한다. 많은 재생 가능한 전기 생산 방법은 생산 중에 이산화탄소를 거의 또는 전혀 발생시키지 않는다(예를 들어, 풍력 터빈에 사용되는 강철과 같은 구성품의 제조 중에 이산화탄소가 방출될 수 있다). 열차의 운행은 다른 열차나 트럭이나 비행기보다 상당히 조용하다.[5]

어셈블리: 선형 유도 모터

주요기사 : 선형모터

선형 유도 모터는 일차 코일 조립체와 반응판의 두 부분으로 구성된다.[8][11] 1차 코일 어셈블리는 강철 층으로 둘러싸인 위상 권선으로 구성되며, 열 에폭시 내 열 센서를 포함한다.[10] 반응판은 3.2mm(0.125인치) 두께의 알루미늄 또는 6.4mm(0.25인치) 두께의 냉간 압연 강판에 접합된 구리판으로 구성된다.[11] 이 두 부분 사이에는 전자파 추진 시스템이 포괄하는 무마찰 특성을 만드는 공극이 있다.[7][11] 선형 유도 모터의 기능은 1차 코일 어셈블리 내의 코일 권선에 공급되는 AC 힘으로 시작한다.[4] 이렇게 하면 반응판에 전류를 유도하는 이동 자기장이 생성되고, 그 다음에는 자기장이 생성된다.[9] 1차 코일 어셈블리와 반응판의 자기장이 번갈아 가며 힘과 직접 선형 운동을 생성한다.[11]

우주선

주요 기사: 전기 동력 우주선 추진

항공우주 분야에는 EMP 기술을 위한 여러 가지 응용이 있다. 현재 이러한 어플리케이션의 많은 부분이 개념적이지만, 근기부터 다음 세기까지 다양한 어플리케이션들이 있다.[12] 그러한 응용 중 하나는 궤도를 선회하는 위성의 미세 조정을 제어하기 위해 EMP를 사용하는 것이다. 이러한 특정한 시스템 중 하나는 차량 자체의 전자기장과 지구의 자기장의 직접적인 상호작용을 기반으로 한다. 추력력은 도체 내부의 전류가 지구의 적용된 자연장과 상호작용하는 전기동적인 힘이라고 생각할 수 있다.[13] 상호 작용의 더 큰 힘을 얻기 위해서, 자기장은 비행선으로부터 더 멀리 전파되어야 한다. 그러한 시스템의 장점은 추력력에 대한 매우 정밀하고 즉각적인 제어다. 또한 예상 전기 효율성은 열의 중간 사용을 통해 추진력을 얻는 현재의 화학 로켓보다 훨씬 더 크다. 이는 낮은 효율과 많은 양의 기체 오염물질을 초래한다.[14] EMP 시스템의 코일에 있는 전기 에너지는 직접 에너지 변환을 통해 전위와 운동에너지로 변환된다. 따라서 시스템은 다른 전기 기계와 동일한 높은 효율을 가지는 동시에 환경으로의 물질 유출을 배제한다.[14]

이러한 시스템의 현재 추력 대 질량 비율은 상대적으로 낮다. 그럼에도 불구하고 반응 질량이 필요하지 않기 때문에 차량 질량은 일정하다. 또한 추력은 상대적으로 낮은 전기 소비량으로 연속적일 수 있다.[13] 가장 큰 제한은 주로 추진 시스템에서 전류의 필요한 값을 생산하기 위한 재료의 전도성이다.

선박과 잠수함

EMP와 그 선박과 잠수함의 출원은 적어도 1958년 워렌 라이스가 기술을 설명하는 특허를 출원한 이래로 조사되어 왔다. US 2997013.[15] 라이스가 기술한 기술은 선체 자체를 충전하는 것을 고려했다. 그 디자인은 나중에 제임스 멍 US 5333444에 의해 나중에 특허에 기술된 바와 같이 스러스터를 통해 물이 흐를 수 있게 함으로써 세련되었다.[16] 배치는 선박을 통해 종방향으로 확장되거나 부착되는 양끝에 열려 있는 물 채널, 물 채널 전체에서 자기장을 생성하기 위한 수단, 채널의 양쪽에 있는 전극 및 로렌츠에 따라 채널을 통해 자속까지 직각으로 직접 전류를 전달하는 동력원으로 구성된다. 억지로 [17]시키다

엘리베이터

수직 및 수평 이동이 가능한 EMP를 이용한 무케이블 엘리베이터는 독일 엔지니어링 회사인 티센 크루프가 높은 고밀도 건물에서 사용하기 위해 개발했다.[18][19]

참고 항목

참조

  1. ^ Munro, John (1897). A Trip to Venus (2007 IndyPublish ed.). London: Jarrold & Sons. pp. 26–28.
  2. ^ a b "Inventor of the week- Elihu Thomson". February 2002. Archived from the original on 2003-04-15.
  3. ^ a b 하딩, R, & 다로치, D.(2003년, 5월) 에밀레 바첼레트 컬렉션. 검색 대상 : CS1 유지관리: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  4. ^ a b c d 제임스 R. 파월 박사(2002년). 검색 대상 : CS1 유지관리: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  5. ^ a b Powell, J. & Danby, G. (2005). "Maglev the new mode of transport for the 21st century". The 21st Century Science and Technology Magazine.{{cite web}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
  6. ^ Shipilov, S E; Yakubov, V P (2018). History of technical protection. 60 years in science: to the jubilee of Prof. V.F. Minin. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. Vol. 363. IOP Publishing. p. 012033. Bibcode:2018MS&E..363a2033S. doi:10.1088/1757-899X/363/1/012033.
  7. ^ a b c Bonsor, K (October 13, 2010). "How Maglev trains work".
  8. ^ a b c 글럭맨, R. (n.d.) 그것은 새인가? 비행기인가? gluckman.com에서 검색됨
  9. ^ a b "Shanghai supertrain makes first journey". BBC News. December 31, 2002.
  10. ^ a b c d e "The Bachelet Levitated Railway". Nature. 93 (2324): 273. 1914. Bibcode:1914Natur..93Q.273.. doi:10.1038/093273a0. ISSN 0028-0836. S2CID 11904735.
  11. ^ a b c d e Lmac - AC 선형 유도 모터 (2010). 검색 대상 : CS1 유지관리: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  12. ^ 바이어스, D. C. (1984) NASA 전기 추진 프로그램. JSAS/AIAA/DGLR 17차 국제전기추진회의, 1-9
  13. ^ a b Pulatov, Valentine (April 2001). "Magnetic propulsion systems". Progress in Aerospace Sciences. 37 (3): 245–261. Bibcode:2001PrAeS..37..245P. doi:10.1016/S0376-0421(01)00006-9. ISSN 0376-0421.
  14. ^ a b Pulatov, Valentine (January 2005). "Physics of magnetic propulsion". Progress in Aerospace Sciences. 41 (1): 64–91. Bibcode:2005PrAeS..41...64P. doi:10.1016/j.paerosci.2005.02.003. ISSN 0376-0421.
  15. ^ W.A.(1961년)의 쌀. 미국 특허 2997013호. 워싱턴 DC: 미국 특허청
  16. ^ Meng, J.C.S. (1994년). 미국 특허 번호 5333444. 워싱턴 DC: 미국 특허청
  17. ^ Friauf, J. B. (1961년). 전자기선 추진. 미국 해군 기술자 협회 - 저널, 73(1), 139-142.
  18. ^ "MULTI - Rope-free elevator system - thyssenkrupp Elevator". multi.thyssenkrupp-elevator.com. Thyssen Krupp. Archived from the original on 19 January 2019. Retrieved 19 October 2017.
  19. ^ Condliffe, Jamie (June 23, 2017). "World's First Cable-Free Elevator Zooms Horizontally and Vertically Using Maglev Tech". MIT Technology Review. Massachusetts Institute of Technology. Retrieved 19 October 2017.